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文章简介

微生物诱导腐蚀 (Microbiologically Induced Corrosion, MIC) 过程中产生的硫酸,是导致大多数污水输送管道系统中的泵、阀门、梯子等金属结构受到侵害的原因。基于该问题,来自亚里斯多德大学的 Anastasios Zouboulis 教授团队在 Construction Materials 期刊发表了文章,研究选取了 7 种氢氧化镁和 1 种氧化镁材料,用作不锈钢和软钢试样表面的保护涂层,同时在对样品进行加速硫酸喷涂试验时,结合光学观察、质量测量和电化学阻抗谱等方法对样品的防腐性能进行深入研究,研究结果对大幅提高污水输送管道系统中钢基体的防腐性能具有实际意义。

研究过程

本研究将 8 种涂层原材料 (其中 7 种分别采用具有不同比表面积、MgO 含量的氢氧化镁粉末;1 种采用氧化镁粉末。依次标记为 C1~C8) 覆于尺寸为 4.8 cm×1.5 cm×0.2 cm 不锈钢 316 和热轧低碳钢之上,在不同的水化时间、水化剂条件下制成了钢基体的涂层 (图 1)。实验过程中还加入了 0.4 wt % 的甲基纤维素和一种常见的分散剂聚合物,用于增强涂层在钢试件表面的附着力,并提高涂层的分散稳定性、可加工性。最后作者用抹刀将涂层涂覆于钢基体表面,干燥 3 天后进行硫酸喷射试验 (模拟污水管道环境),同时结合光学观察、质量测量和电化学阻抗谱等方法研究了样品的防腐性能。

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图 1. 三电极电池和电化学阻抗谱测量的实验装置示意图。

研究结果

图 2 为采用硫酸喷射试验 4 天后,具有和不具有涂层的软钢样品光学观察图像,可以通过光学观察到涂层的保护作用;图 3 为采用硫酸喷射试验 4 天后,具有涂层和不具有涂层的不锈钢样品的光学观察图像。结果说明,采用光学观察研究具有涂层和不具有涂层的钢基体的表面锈蚀,能够直观对比软钢样品的锈蚀差异,但由于不锈钢样品本身不易被腐蚀,因此仅通过光学观察得出的结论不够可靠。

图 2. 经过 4 天的硫酸喷射试验,具有代表性的软钢样品的光学图像: (a)不具有涂层;(b) 具有 C6 涂层;(c) 具有 C5 涂层;(d) 具有 C2 涂层;(e) 具有 C4 涂层。

图 2. 经过 4 天的硫酸喷射试验,具有代表性的不锈钢样品的光学图像: (a)不具有涂层;(b) 具有 C6 涂层;(c) 具有 C5 涂层;(d) 具有 C2 涂层;(e) 具有 C4 涂层。

硫酸喷射试验前后的样品质量差异,是腐蚀程度的重要标志。如图 4 所示,不锈钢样品的质量在硫酸喷射试验前后保持恒定,但该情况可能说明硫酸对具涂层和不具有涂层的不锈钢样品均难以产生腐蚀,因此无法分辨不同涂层的保护作用。然而在软钢样品中 (图 5),样品的质量具有较大差异,不具有涂层的样品质量相对于初始值至少减少了 1%,并且除了具有 C4 涂层外的软钢样品,其质量保持不变,说明 C4 涂层的保护作用较弱。

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